使用 Z32F128 MCU 進行空間矢量調制

本應用筆記介紹了采用 Z32F128 微控制器的三相 BLDC 電機的空間矢量調制。它演示了微控制器如何實現(xiàn) BLDC 電機高效、經濟的矢量調制。

本應用筆記介紹了采用 Z32F128 微控制器的三相 BLDC 電機的空間矢量調制。它演示了微控制器如何實現(xiàn) BLDC 電機高效、經濟的矢量調制。
可以通過在六邊形內創(chuàng)建旋轉電壓參考矢量來控制三相 BLDC 電機，該電壓參考矢量的旋轉速度決定電機旋轉的頻率。本應用筆記中討論的空間矢量調制應用使用帶有三個用于角度位置反饋的霍爾傳感器的 BLDC 型電機。
討論
電動機由定子和固定框架組成，其中旋轉部件或轉子安裝在帶有軸承的軸上。在三相 BLDC 電機中，定子配有三組電感器繞組，由三個交流電壓輸入供電，這些電壓輸入彼此相位偏移 120 度，以產生旋轉磁通量場。該定子磁通場對轉子的永磁體磁通場施加磁力，從而在輸出軸上產生扭矩。
在三相電機控制應用中，電機的輸入電壓由三相逆變橋產生。該橋包含三個互補的源極/漏極晶體管對，它們將接地或總線電壓 DC 連接到其三個輸出中的每一個，以響應來自微控制器的數(shù)字控制信號。Z32F128 ARM MCU 在電橋控制信號上使用 PWM，在電橋輸出上生成三個近似正弦交流波形，并具有所需的 120 度相位偏移。
每個微控制器 PWM 輸出的占空比都會變化，以控制所生成的交流信號的周期和幅度，進而確定電機的速度和扭矩。
操作原理
與三次諧波注入正弦 PWM 類似，空間矢量調制方法利用了大約 15% 以上的可用總線電壓，因此提高了電機運行效率。

圖 1 旋轉矢量受 ± VBUS 和 VBUS 電壓中心的約束

與注入三次諧波的正弦 PWM 不同，相電壓的中性點被限制為總線電壓的二分之一，如圖 1 所示。

圖 2 空間矢量調制的總線電壓利用率

空間矢量調制不受 VBUS 和中心電壓的限制，并且可以浮動在空間中，如圖 2 所示。
與在逆變器的每個推/挽級中分別生成正弦電流的正弦 PWM 不同，空間矢量調制將整個逆變器作為單個單元進行操作以產生正弦電流。在此過程中，逆變器在六邊形內的八種不同狀態(tài)下運行，其中兩種狀態(tài)被稱為零矢量，因為它們不產生電壓，而六種狀態(tài)則產生非零電壓。